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실험9 직병렬교류회로와 주파수특성 예비보고서 - 교류및전자회로실험

실험 9(예비보고서)직병렬교류회로와 주파수특성1. 개요교류회로에서 저항, 인덕터, 그리고 커패시터가 직병렬로 접속된 경우 임피던스와 전압, 전류를 실험적으로 구해보고 이를 통해 교류회로에서 역시 직류회로에서와 같이 오옴의 범칙, 키리히호프의 법칙 등 기본 회로법칙이 그대로 적용됨을 확인한다. 또한 회로 임피던스가 주파수에 따라 변화함을 확인하고 이를 대수그래프로 나타내는 방법을 익힌다.2. 관련이론교류회로에서의 계산실험 1에서 교류회로에서도 직류회로에서와 마찬가지로 리액턴스와 마찬가지로 리액턴스의 직렬합성과 병렬합성의 법칙이 그대로 적용됨을 본 바 있다. 일반적으로 회로 안에서 두 개의 임피던스 성분 과 를 직렬로 조합하면 그 합성 임피던스는 , 병렬일 때 가 된다. 물론 여기서 와 는 모두 복소수로 표현된 임피던스이다. 병렬일 경우에는 임피던스의 역수인 어드미턴스를 사용하는 것이 더 편리하다. 즉 이다. 여기서 어드미턴스도 복소수로 표현되는 값이다. 또한 실수와 허수와의 위상차를 통해 페이저 계산도 할 수 있다.임피던스의 주파수에 대한 변화교재의 예에서 계산한 임피던스는 어느 한 주파수에서만 성립하는 값이다. 회로에 인가되는 전원의 주파수가 달라지면 커패시터와 인덕터의 값이 일정하다 하여도 그 리액턴스 값은 달라지므로 전체적인 임피던스의 크기 및 임피던스 각도가 변화하고 이에 다라 전원에서부터 흐르는 전류의 크기 및 위상도 변화하게 된다. 이렇게 임피던스가 주파수에 따라 변화하는 것을 임피던스의 주파수 특성이라 한다. 각 개별소자의 주파수 특성을 보면 우선 저항은 주파수와 무관하게 항상 일정한 값을 유지한다. (실제로는 소위 표피효과에 의해 주파수가 높아지면 저항 값도 약간 높아지지만 대부분의 실용적인 계산에서 그 효과는 그다지 현저하지 않다) 다음으로 인덕터는 주파수가 높아지면 임피던스가 주파수에 비례하여 상승한다. 이는 인덕터는 낮은 주파수의 전압에 대해서는 낮은 임피던스로서 작용하지만 (즉 전류를 잘 통과시키지만) 높은 주파수에 대해서는 큰 임피던스로 작용함(전류를 잘 통과시키지 않음)을 의미한다. 반대로 커패시터의 임피던스는 주파수에 반비례하며 낮은 주파수에서 큰 임피던스로 작용하고 높은 주파수에서 작은 임피던스로 작용한다.대수 그래프로 표현된 주파수 특성일반적으로 아주 낮은 주파수에서 아주 높은 주파수까지의 변화범위 내에서 임피던스가 변화하는 것을 나타내는 데에 있어서는 위에서와 같이 단순한 임피던스 대 주파수의 그래프로 나타내는 것보다는 상용로그를 취한 대수그래프가 자주 사용된다. 대수그래프의 표현방식에서 수직 축 상에서의 위치는 임피던스에 상용대수를 취한 값, 즉 log Z가 되고 수평축에서의 위치는 주파수에 대수를 취한 log f가 된다. 이들 대수를 취한 값을 편의상 y = log Z, x = log f 라 나타내고 이들 사이의 관계를 저항, 커패시터, 그리고 인덕터에 대하여 각각 나타내어보면 다음과 같다.저항 :인덕터 :커패시터 :여기서 a는 어떤 상수를 나타내고 있다. 위에서 보듯이 저항에 있어서는 대수그래프가 앞선 것과 마찬가지로 일정한 상수 값을 나타내는 직선이 되며 인덕터는 기울기가 1인 직선, 그리고 커패시터는 기울기가 –1인 직선이 된다. 특히 일반 선형눈금의 그래프에서는 반비례곡선으로 나타나는 커패시터의 임피던스가 여기서는 직선이 됨을 유의할 필요가 있다.합성 임피던스의 주파수 특성여러 개의 임피던스 요소들이 합성된 회로의 주파수 특성을 그래프로 표현하면 일반적으로 곡선의 형태로 나타난다. 주어진 회로에서 주파수 특성의 대략적인 특징 주파수가 매우 낮을 때와 주파수가 매우 높을 때의 두 극단적인 경우를 가정하여 보면 대략 유추할 수 있다. 예를 들어 그림 1의 회로에 대해서 거의 0에 가까운 주파수, 즉 변화가 매우 느려서 어떤 시점에서 볼 때 직류의 가까운 전압이 인가되었을 때는 커패시터의 임피던스가 무한대에 가깝게 되므로 거의 개방된 상태나 마찬가지가 되어 저항과의 병렬 합성 임피던스는 저항 값과 거의 같은 값이 된다. 그리고 이때 인덕터의 임피던스는 거의 0에 가깝게 되기 때문에 전체 합성 임피던스는 저항 값에 해당하게 된다. 반대로 주파수가 매우 높을 때는 커패시터의 임피던스는 0에 수렴하므로 저항과의 병렬 합성 임피던스는 0에 가까운 값으로 볼 수 있다. 그러나 이 때 직렬 인덕터의 임피던스가 무한대에 가깝게 증가하므로 그 합성 임피던스는 거의 전적으로 인덕터의 임피던스에 좌우된다. 따라서 주파수 아주 낮은 값에서 아주 높은 값까지 변화해 나갈 때 그 임피던스는 저항 값에서 출발하여 무한대로 증가하게 된다.3. 실험기기테스터, 오실로스코프, 함수발생기, 교류전압계, 교류전류계(0.1A 이상), 만능기판, 만능기판용 전선, 스트리퍼, 저항 1k옴 3개, 10옴 저항 여러 개4. 예비보고서(1) 합성임피던스의 주파수특성F(kHz)임피던스 크기(Ω)임피던스 각(θ)10612889.772012487.389.973018796.6589.9914025093.0289.9965031384.1389.9986037672.6189.998937043959.5789.9998050245.6089.99959056530.9989.999610062815.9489.9997(2) 주파수특성의 대수그래프F(kHz)임피던스 크기(Ω)임피던스 각(θ)X(logf)Y(logZ)0.00110000-330.01999.9610-22.9990.1996.0680.014-12.9981738.68313.93102.868106128.01289.76913.7872012487.389.9711.34.094025093.0289.9961.64.396037672.6189.9981.84.5768050245.689.99951.94.70110062815.9489.999724.79(3) 합성임피던스와 각 임피던스 요소에 대한 양단 전압/전류위 풀이는 키르히호프의 전류 법칙을 사용하였다.(4) 합성임피던스 계산5. 실험순서(1) 회로도 / 결선도(2) 전원전류 / 전원위상차 / 각 요소의 양단전압과 전류전원의 양단전압전원의 양단전류인덕터 양단전압인덕터 양단전류저항 양단전압저항 양단전류커패시터 양단전압커패시터 양단전류전압 및 전류 출력 파형예상값측정값전원전류(크기)19.169mA전원전압(크기)14.142V전원 간 위상차13.93도(예상)전압값(예상)전류값(측정)전압값(측정)전류값100mH(크기)12.083V19.169mA1k옴(크기)16.216V16.216mA0.1uF(크기)16.216V10.222mA(3) 전원전압과 전원전류 / 위상차주파수10Hz예상값측정값전원전류(크기)14.198mA전원전압(크기)14.142V주파수1kHz예상값측정값전원전류(크기)19.169mA전원전압(크기)14.142V주파수10kHz예상값측정값전원전류(크기)2.3mA전원전압(크기)14.142V주파수100kHz예상값측정값전원전류(크기)224.41uA전원전압(크기)14.142VF(kHz)(예상)위상차(측정)위상차0.10.014113.9311089.76910089.9997(4) 회로도와 결선도 / 각 요소의 양단전압과 전류100mH 인덕터의 양단전압과 전류1K옴 저항의 양단전압과 전류(R2)1K옴 저항의 양단전압과 전류(R3)1K옴 저항의 양단전압과 전류(R1)0.1uF 커패시터의 양단전압과 전류예상값측정값전압전류전압전류인덕터7.541V8.816mA커패시터11.964V8.887mA저항(R2)7.541V13.007mA저항(R3)5.982nV5.447mA저항(R1)11.964V11.964mA(5) 전원전압과 전원전류 / 위상차주파수1k예상값측정값전원전류(크기)11.271mA전원전압(크기)14.142V주파수10k예상값측정값전원전류(크기)88..276mA전원전압(크기)14.142V주파수100k예상값측정값전원전류(크기)751..413mA전원전압(크기)14.142VF(kHz)(예상)위상차(측정)위상차10.061048.83210056.953 PAGE * Arabic * MERGEFORMAT 1페이지

공학/기술| 2021.03.20| 22페이지| 1,500원| 조회(212)

광운대, 교류및전자회로실험, 광운대 교류및전자회로실험

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실험10 공진회로 예비보고서 - 교류및전자회로실험 평가B괜찮아요

실험 10(예비보고서)공진회로1. 개요전기회로상에서 인덕터와 커패시터가 함께 존재하면 어떤 특정주파수에서 이들 사이의 상호작용으로 인해 공진현상이 나타날 수 있다. 회로의 구성에 따라 공진은 직렬공진과 병렬공진의 두 가지 형태로 나타나며 그 특성은 공진주파수 부근에서 임피던스가 급격하게 변화하는 현상으로 나타난다. 본 실험에서는 직렬공진과 병렬공진 현상을 실험적으로 확인하고 이것이 임피던스의 주파수특성에 어떤 영향을 미치는지를 살펴봄으로써 교류회로의 동작에 관한 이해를 심화하도록 한다.2. 관련이론3. 실험기기테스터, 오실로스코프, 함수발생기, 교류전압계, 교류전류계, 만능기판, 만능기판용 전선, 스트리퍼, 저항 220옴,470옴,1.5k옴, Decade capacitor unit, Decade inductor unit4. 예비보고서(1) 그림 7의 임피던스 및 전류특성곡선을 볼 때 왼편의 선형그래프는 공진점을 중심으로 좌우대칭이 아니지만 오른편의 대수그래프에서는 이들 특성이 좌우 대칭으로 나타난다.앞의 직렬 공진회로의 특성곡선과 대역폭 부분의 관련이론에서 그래프의 차이점을 보면 x축 y축에 차이점이 있다. 일반적인 선형그래프는 한 칸의 범위가 2x2이지만 대수그래프는 한 칸의 폭에 차이점이 있어 대칭으로 나타난다.(2) 식 (18)~(20)은 공진주파수와 공진도를 차단주파수 f1과 f2로 나타내는 식으로 간주할 수 있다. 즉 차단주파수를 알면 공진주파수와 공진도가 이들 식을 통하여 구해진다. 역으로 만일 공진주파수와 공진도를 알면 차단주파수를 구하는 것도 가능하다. 차단주파수를 공진도와 공진주파수의 함수로 나타내는 표현식을 구하라.(3) 그림 7 직렬공진회로의 특성곡선은 R=220옴, L=10mH, C=0.01microF인 상태에 대하여 그린 것이다. 이때의 공진주파수와 공진도, 그리고 차단주파수를 구하라.(4) 3항에서 저항을 470옴으로 했을 때와 1.5k옴으로 했을 때 공진주파수와 공진도, 그리고 차단 주파수를 구하라.(5) 3항에서 커패시터를 0.1microF로 하면 공진주파수와 공진도, 그리고 차단주파수 특성은 어떻게 변화하는가?5. 실험순서(1) 예비보고서 3항에 해당하는 직렬 공진회로를 주어진 저항과 decade capacitor, decade inductor를 사용하여 그림 9와 같이 결선한다.(2) 함수발생기를 사용하여 적당한 크기의 교류전압을 인가하고 주파수를 바꾸어가면서 저항과 인덕터 그리고 커패시터 양단의 전압을 측정, 이들 값이 그림 7에서와 같이 주파수에 따라 변화하는 양상을 기록한다.Vr 예측값Vi 예측값Vc 예측값Vr 측정값Vi 측정값Vc 측정값1kHz98.44mV28.205mV7.099V10kHz1.586V4.543V11.434V50kHz547.182mV7.839V789.152mV100kHz252.998mV7.249V182.438mV(3) 위의 측정과정에서 공진주파수 부근에 도달하면 그림 9에 표시한 것과 같이 오실로스코프로 커패시터 양단전압과 인덕터 양단전압을 동시에 잡고 그 크기를 비교하라. 이들 두 전압의 파형이 일치하는 상태가 공진상태에 해당한다. 이 공진상태를 중심으로 하고 주파수를 위아래로 약간씩 변화시켜 이들의 상대적인 크기가 어떻게 변화하는지 관찰하고 파형을 기록하라공진주파수 f0 = 1/2π √(10mH*0.01uF) = 15.915kHz(저항값에 관계 없음)(4) 공진상태에서 오실로스코프의 접속을 적절히 바꾸어 전원전압과 저항 양단의 전압파형을 관찰하라. 이들 두 파형이 동위상이 되는가? 그리고 공진상태를 중심으로 해서 3항에서와 같이 주파수를 위아래로 약간씩 변화시켜 이들 두 파형의 상대적인 위상관계가 어떻게 변화하는지 관찰하고 기록하라.(5) 공진상태에서 커패시터 혹은 인덕터 전압의 크기를 전원전압의 크기로 나누어 준 것이 공진도에 해당한다. 이 공진도를 실험적으로 구한다. 또한 공진주파수에서의 전류(최대전류)를 구하고 이 값을 기준으로 차단주파수를 실험적으로 구한다. 이들 값이 예비보고서에서 예측한 값과 대체로 일치하는가?VrViVcV전원전압7.068V32.23V32.025V7.071V공진주파수일 때, Vl = Vc = QVr = QV에서 공진도 Q = Vl(=Vc)/Vr(저항에 걸리는 전압 = 전원 전압) = 32.23/7.068 = 4.55전원 전압공진도최대 전류차단 주파수이론값측정값이론값측정값이론값측정값10V4.545445.454mA14.164kHz,17.665kHz(6) 예비보고서 4~5항의 내용에 준하여 위 2, 3, 5항의 실험을 반복한다.470옴일 때, 공진주파수 15.915kHzVr 예측값Vl 예측값Vc 예측값Vr 측정값Vl 측정값Vc 측정값1kHz210.229mV18.195mV7.096V10kHz3.119V4.184V10.529V50kHz1.157V7.757V780.869mV100kHz539.268mV7.232V182.024mV전원 전압공진도최대 전류차단 주파수이론값측정값이론값측정값이론값측정값10V2.12821.28mA12.176kHz,19.654kHz1.5k옴일 때 공진주파수 15.915kHzVr 예측값Vl 예측값Vc 예측값Vr 측정값Vl 측정값Vc 측정값1kHz668.239mV28.081mV7.067V10kHz5.963V2.506V6.306V50kHz3.307V6.949V699.602mV100kHz1.677V7.047V177.348mV전원 전압공진도 Q최대 전류 Imax차단 주파수(f1, f2)이론값측정값이론값측정값이론값측정값10V0.6676.67mA3.895kHz,27.845kHz0.1uF일 때, 공진주파수 5.032kHzVr 예측값Vl 예측값Vc 예측값Vr 측정값Vl 측정값Vc 측정값1kHz1.011V289.577mV7.096V10kHz2.989V8.564V2.155V50kHz497.361mV7.125V71.73mV100kHz247.262mV7.085V17.83mV전원 전압공진도 Q최대 전류 Imax차단 주파수(f1, f2)이론값측정값이론값측정값이론값측정값10V1.43745.454mA3.281kHz6.782kHz PAGE * Arabic * MERGEFORMAT 1페이지

공학/기술| 2021.03.20| 18페이지| 1,000원| 조회(242)

광운대, 교류및전자회로실험, 광운대 교류및전자회로실험

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실험8 제너다이오드와 응용회로 예비보고서 - 교류및전자회로실험

실험8(예비보고서)제너다이오드와 응용회로개요제너다이오드의 특성곡선을 관측하고 제너전압을 실험적으로 측정하여 본다. 제너다이오드를 사용하여 전압을 일정하게 맞추어주는 정전압회로를 구성, 그 특성을 알아보고 설계에 대한 기초지식을 얻는다. 제너다이오드의 특성곡선 관측을 통해 오실로스코프의 X-Y 모드 사용법을 숙달하며 제너다이오드를 이용한 리미터회로의 동작을 실험적으로 확인한다.관련이론※실험교재 이외의 내용을 포함하고 있습니다.제너 다이오드 (Zener diode)는 미국 물리학자 클라렌스 멜빈 제너 (Clarence Melvin Zener, 1905-1993)이 발견한 제너 항복의 현상을 응용한 PN 접합 다이오드이다 (그림 1). 반도체 다이오드의 일종으로, 제너 항복을 이용하여 회로에서 일정한 전압을 얻기 위하여 사용한다. 따라서 정전압 다이오드라고도 명명한다.일반적으로, PN 접합 다이오드는 턴-온 전압보다 큰 순방향 전압이 인가되면 전류가 흐르고, 역방향 전압이 인가되면 전류가 흐르지 않는다. 그리고 역방향으로 항복전압(breakdown voltage) 보다 더 큰 전압을 인가하게 되면 과전류와 과열로 인하여 다이오드가 파괴된다. 그러나 제너 다이오드에서는 이러한 현상이 잘 발생하지 않는다.제너 다이오드는 일반적인 PN 접합 다이오드와 외형적으로는 동일한 접합 구조와 전기적 성질을 가지고 있으나, 제너 전압(Zener voltage)이라고 불리우는 설계된 항복전압을 가진 다이오드이다. 일반적으로 PN 접합 다이오드에서 역방향의 전압이 걸렸을 때, 임계 역전압 (critical reverse bias) 까지는 가해진 외부 전압과 무관하게 포화 전류가 존재한다. 하지만 그 이후에는 역방향 항복 (reverse breakdown)이 일어나게 된다. 이 임계 전압에서 전류는 급격하게 증가하고, 전압의 증가 대비 전류의 증가가 상대적으로 훨씬 커, 전압을 조금만 증가시켜도 큰 전류가 흐르게 된다. 이러한 임계 항복 전압(breakdown voltage)으로 인해 대부분의 다이오드에서거의 직각 형태의 역전압 특성이 나타나게 된다. 역방향 항복은 애벌런치 항복(Avalanche breakdown)과 제너 항복(Zener breakdown)이 존재하는데, 애벌런치 항복은 낮은 전압부터 높은 전압에서 작동하며, 제너 항복은 낮은 전압에서 주로 작동한다.제너 다이오드는 역전압에서 P 타입 쪽의 가전대에서 N 타입 쪽의 전도대로 전자가 터널링을 할 수 있도록 도핑이 많이 된 PN 접합 다이오드이다. 역전압이 인가된 제너 다이오드는 정교하게 조절된 항복값을 보이고 제너 전압에서 전압값이 일정하게 유지되면서 역방향의 터널링 전류가 흐른다는 특징을 가지고 있다 (그림 2). 예를 들어 6.0 V 의 제너 전압을 가지는 제너 다이오드는 역바이어스 6.0 볼트에서 역전류가 흐르게 된다.다이오드의 항복현상은 P 형 영역과 N 형 영역, 도핑 농도와 역전압에 의해 생성되는 공핍영역의 전계의 세기에 의해 결정된다. 제너 항복은 이 중 도핑 농도의 조절을 통해 결정된다. P 형과 N 형 사이의 전위장벽(built-in potential)은과 같이 표현된다. 여기서 k 는 볼츠만 상수, Nd 는 N 형의 도너 도핑 농도, Na 는P 형의 억셉터 도핑 농도이다.그리고 공핍영역의 두께는로 표현된다.xn 과 xp 는 각각 N 형과 P 형의 공핍층 두께이고,εs 는 반도체의 유전율 이다.여기서 고농도의 도핑이 이루어진 P 형과 N 형을 형성할 경우 전위장벽(built-in potential)이 높아지게 되어 P 형의 가전대와 N 형의 전도대의 에너지 차이가 줄어들게 된다 또한, 이 사이에 생기는 공핍영역의 폭은 상기 식에 따라 협소해지면서 강한 전계가 공핍영역에 생성된다. 그 결과, 역전압을 걸어주게 되면, P 형의 가전대의 에너지 위치와 N 형의 전도대 위치가 거의 같아지고, 전위장벽의 폭이 얇아져 P 형의 가전자대에 위치해있는 전자들이 터널링에 의해 통하여 공핍층을 지나 비어있는 전도대로 이동하게 되어 전류가 흐르게 된다 (그림 3). 이 역전압 값이 제너항복이다.제너 다이오드는 순방향 전압을 인가하면 일반 다이오드와 동일한 특성을 갖는데, 역방향 전압을 인가하게 되면, 특정 전압(제너 전압 VZ)에서 전류가 흐르기 시작한다. 특성곡선에서, 제너 항복영역에서는 전류가 어느 정도 변해도 전압은 일정하게 유지되는 것을 볼 수 있다. 제너 다이오드는 제너 항복영역에서 동작해야 하고, 역방향 전류는 동작 전류 범위 내에서 동작해야 한다. 역방향 전류가 동작 전류 범위 이하로 흐르게 되면, 전력소비가 증가하여, 다이오드가 버틸 수 있는 허용전력을 초과하여 파괴된다. 제너 다이오드는 시그널의 증폭 단계에서 레퍼런스 전압을 형성하는데 사용되기도 한다. 또한 정전압 회로에 사용되거나, 서지 전류 및 정전기로부터 집적회로 등을 보호하는 보호 소자로서 사용된다.실험기기테스터. 오실로스코프, 함수발생기, 전류계 10mA, 만능기판, 만능기판용 전선, 스트리퍼, 제너다이오드(5.1V,500mW) 2 개, 다이오드(30V,100mA) 20 개, 저항 220옴 1 개, 330 옴 1 개, 470 옴 1 개, 680 옴 1 개, 820 옴 1 개, 1k 옴 3 개예비보고서(1)제너 다이오드는 특수다이오드의 한 종류로서 순방향 바이어스에서는 일반 다이오드와 같이 동작하지만 역방향 바이어스 상태에서는 역전압이 어느 값 이상을 넘어가면 역방향 도통상태에 들어가게 된다. 일반 다이오드는 역방향 항복을 일으키면 파괴되지만 제너 다이오드는 사용정적을 넘지 않는 이상 파괴되지 않고 전압이 낮아지면 다시 원래의 특성을 회복한다. 역방향 도통을 위해 필요한 전압을 제너 전압이라 하며 역방향 전류와 거의 무관하게 이 전압이 일정한 값으로 유지된다.(2~4)실험순서제너전압의 측정회로도와 결선도전압감도 설정Ch2 전압변화전원전압제너전압 예상값제너전압 출력값0 ~ 5V0 ~ 5V5V ~ 20V5.1V전압-전류특성곡선의 관측회로도 / 결선도출력파형회로도 / 결선도특성곡선Pn 접합의 도핑 농도를 높이게 되면, 에너지 대역은 낮은 전압에서 서로 엇갈리게 됩니다. 그래서 P 형쪽 가전대역과 N 형쪽 전도대역의 빈 상태를 분리시키고 있는 전위장벽의 폭이 좁다면 전자의 터널링이 발생합니다. 전자의 터널링은 강한 전계가 공핍영역에서 생성됩니다. 그래서 낮은 역전압 상태에서도 강한 전계에 의해 큰 역방향 전류가 흐르게 되는 현상이 발생하는데 이것을 제너 효과 또는 제너 항복(Zener Break)현상이라고 합니다.애벌런치 항복(Avalanche Breakdown)은 저농도의 PN 접합에서 발생하는 것으로, PN 접합 다이오드에서 지속적인 역전압이 인가되면, 역방향 포화전류에 의해 생성된 전자는 공핍영역의 전계에 의해 가속됩니다. 가속된 전자는 높은 에너지를 가지고 원자와 충돌하게 되는데, 원자와 공유결합되어 있던 가전자가 이탈하게 되어 전자와 정공의 쌍이 만들어지게 됩니다. 이 때 만들어진 전자를 자유전자라 하고, 자유전자는 원자핵의 영향으로부터 벗어나 전계에 의해 이동할 수 있으므로 전류를 운반하는 캐리어(Carrier)라고도 합니다. 원자로부터 이탈되어 새롭게 생성된 전자는 앞서 일어났던 가속되어 연쇄적으로 원자와 충돌하게 되고, 새로운 전자는 기하급수적으로 늘어납니다. 늘어난 전자는 공핍영역을 통과하는 전도 전자로 움직이게 되어 전류가 급격히 흐르게 됩니다. 이런 현상을 애벌런치 현상이라고 합니다.제너다이오드에 역방향 바이어스를 걸면 일반 정류 다이오드의 역방향 특성과 유사하게 처음에는 전류가 거의 흐르지 않다가 제너 항복전압이상의 역방향 전압이 인가되면 제너다이오드는 항복 영역에서 동작하게 되어 갑작스러운 역방향 전류가 흐릅니다. 이때 제너다이오드 양단에 항상 일정한 제너전압이 나타나게 됩니다.제너다이오드에 순방향 바이어스를 걸면 일반 정류 다이오드의 특성과 동일하게 순방향 전류가 흐르게 됩니다. 일반적으로 제너다이오드 양단에 전압이 약 0.7V 정도로 나타납니다. 전류가 급격히 증가하기 때문에 내부저항도 급격히 감소하게 됩니다.제너다이오드가 이상적일 때는 그림처럼 검은색 선이 수직에 가깝게 꺾이겠지만 실제로는 약간의 기울기가 있습니다.예상 결과표예측값측정값순방향 전압 강하0.78V역방향 항복전압(제너전압)5.06V예상 결과표역방향 항복전압(제너전압)에서 역방향바이어스 선 끝쪽의 한 점 위치를 각각 확인하여 동적 저항의 값을 계산하면 되므로 영점의 위치는 상관없습니다.예측값측정값동적 저항2.24 옴정전압회로특성의 측정회로도와 결선도회로도 / 결선도 / 예상 결과표전원전류전원전압부하전압0

공학/기술| 2021.03.20| 18페이지| 1,500원| 조회(353)

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실험7 다이오드정류회로 예비보고서 - 교류및전자회로실험

실험7(예비보고서)다이오드 정류회로개요간단한 다이오드 정류회로를 구성하여 보고 그 특성을 측정함으로써 반파정류회로와 브 릿지 회로에 의 한 전파정류회로에서 다이오드의 정류동작을 이해한다. 또한 커패시터 필터의 평활화 특성을 실험적으로 확인하고 출력전압 특성과 연계하여 회로를 설계하는 간단한 예를 실습을 통하여 습득한다.관련이론반파정류회로다이오드 등의 정류 소자를 사용하여 교류의 ＋ 또는 -의 반 사이클만 전류를 흘려서 부 하에 직류를 흘리도록 한 회로. 평활 회로를 사용하지 않으면 리플이 많이 포함되고, 직 류 전압도 낮으므로 경부하의 정류기에만 사용된다.브릿지정류회로정류회로 중 가장 사용빈도가 높은 정류 회로이다. 효율과 가격, 부피가 작고(4개의 다이 오드를 하나의 IC에 구성) 간단히 구성된다. 다만 다이오드 수가 4개로 많다는 것과 순방 향 전압강하가 2배가 된다.커패시터 필터를 갖는 브릿지 정류회로앞에서 나타난 반파정류회로, 브릿지 정류회로는 리플이 크기 때문에 전원으로 사용하기 엔 적합하지 않다. 따라서 리플을 줄여주기 위하여 커패시터 필터를 이용한다.커패시터 용량의 계산여기서는 맥동주파수로서 한주기에 두 번 맥동하므로 60Hz 전원에서는 2배 즉 120Hz가 된다. 그리고 I는 부하전류의 평균치로서 설계의 부하전류는 전압의 변화에 따 라 함께 맥동하지만 맥동의 크기가 그다지 크지 않다면 전압이 거의 교류전압의 최대치 부근에서 머물러 있는 것으로 보고 근사적으로 다음과 같이 쓸 수 있다.여기서 는 교류전압의 최대치에서 다이오드의 전압강하를 뺀 값이다. 브릿지회로의 경 우 다이오드가 두 개씩 도통하므로 만약 변압기 2차측 전압이 10V라면가 된다.커패시터 용량과 부하저항이 주어진 상태에서는 식 (2)fh 부하전류를 구한 다음 이를 식*1(에 대입하여 맥동전압을 계산한다. 대략 맥동의 중간치를 평균치로 취하면 최종 평균 출력 전압은 다음의 식으로 계산된다.만일 설계조건이 맥동전압의 허용치로 주어지고 이 맥동 허용치 안으로 출력전압을 제한 하기 위한 커패시터의 용량을 계산하여야 하는 경우라 한다면 필요한 커패시터 용량을 다음의 식으로 계산할 수 있다.실제로 사용되는 커패시터의 용량은 저항에서와 마찬가지로 1, 1.5, 2.2, 4.7, 6.8의 배수로 주어지기 때문에 이들 중 계산된 값보다 큰 커패시터를 선정하도록 한다.전압 채배회로교류를 직류로 바꾸면서 동시에 전압을 입력전압 최대치의 정수배로 배시키는 회로를 전 압 체배회로(voltage multiplier circuit)라고 한다.그림 7과 같이 다이오드와 커패시터를 연결하면 C1에는 표시된 극성으로 전원전압의 최 대치에 해당하는 직류전압이 충전되고 C2에는 그 두배의 전압이 충전된다. 이런 식으로 구성에 따라3배 4배도 가능하다.참고사항: 오실로스코프상에서 맥동전압 측정 요령오실로스코프상에서 파형을 관측할 때 그림 10 에서처럼 맥동전압의 크기가 작을 때는 육 안으로 맥동하는 모양이나 맥동의 진폭을 정확하게 측정하기 어려운 경우가 종종 발 생한다. 이러한 때에는 맥동의 진폭을 키워 놓고 측정하는 것이 보다 정확하다.실험기기테스터, 오실로스코프, 함수발생기, 만능기판, 만능기판용 전선, 스트리퍼, 니퍼, 다이오드 (30V,1A)2개, 다이오드 브릿지 1A변압기 100V/10V 30VA 1개, 전해커패시터 330(25v 이상)3개, 저항 100(5W)2개, 1k 2개예비보고서회로도와 출력파형회로도와 출력파형회로도와 출력파형회로도와 출력평균치 계산정류된 전압은 맥동(ripple)이 크게 되면 직류전압 필요로 하는 회로에 전원으로 사용 하기 어렵고 이 뜻은 전류의 공급이 불안정 하다는 뜻이다.회로도와 출력리플 & 출력평균치커패시터 용량반파 2체배회로는 전원의 반주기 동안에만 충전이 되므로 양과 음의 반주기에 모두 출력단 커패시터에 충전이 되기 때문에 하나의 전파회로로서 동작한다.전파 2체배회로는 첫 번째 커패시터에서 전원전압의 최대치에 해당하는 직류전압이 충 전되고 두 번째 커패시터에서는 그 두배의 전압이 충전된다따라서 반파 2체배회로는 양과 음의 출력단 커패시터에 충전이 되고 전파 2체배회로는 원래 입력했던 전원전압의 2배가 충전이 되는 동작을 한다.실험순서정류회로그림 1 의 회로를 만능기판 상에 결선하라. 부하저항은 100 옴으로 한다.플러그를 꽂고 전원스위치를 올린 다음 부하단에 나타나는 출력전압파형을 오실로스코프로 관측한다.정류회로 동작을 위하여 변압기가 반드시 필요한 것은 아니다.출력전압 부하저항예측값측정값100 옴13.3V위의 회로에서 출력단에 330F의 커패시터 필터를 삽입하고 3항을 반복한다.평균출력전압 커패시터예측값측정값330uF6.8커패시터를 병렬로 접속, 660uF, 990uF로 증가시켜 가며 3항을 반복한다. 660uF일때평균출력전압 커패시터예측값측정값660uF8.126V990uF일 때평균출력전압 커패시터예측값측정값990uF8.52V그림2의 회로를 만능기판 상에 결선한다. 부하저항은 100옴으로 한다.플러그를 꽂고 전원스위치를 올린 다음 부하단에 나타나는 출력전압 파형을 관측, 기록한다. 테스터로 측정한 출력전압을 기록한다.위 회로에 330의 커패시터 필터를 삽입하고 다시 출력전압파형을 관측, 출력파형이 정상적으 로 나타나는지 여부를 확인한다.납땜용 기판상에 그림5의 회로를 제작한다. 커패시터는 세 개를 다 병렬로 사용하여 990로 하 고 부하저항은 100옴으로 한다.만들어진 회로에 전원을 인가하고 출력전압 파형을 관측, 기록한다. 그리고 테스터로 출력전 압을측정,기록한다.부하저항을 직렬로 200옴으로 하고 10항을 반복한다.부하저항을 병렬로 하여 50옴으로 변경하고 10항을 반복 한다.위의 회로에서 커패시터 세 개 중 하나를 제거하여 필터용량을 660로 낮춘 다음10-12항을 반복한다.100옴일 때200옴일 때50옴일 때커패시터를 하나 더 제거하여 필터 용량을 330로 낮춘 다음 10-12항 반복한다.100옴일 때200옴일 때50옴일 때(6-14) WORK SHEET예측 평균 출력전압(실효치 10V)부하--커패시터033066099050 옴8.6V6.43V7.52V7.88V100 옴8.6V7.52V8.06V8.24V200 옴8.6V8.06V8.33V8.42V측정 평균 출력전압부하--커패시터033066099050 옴100 옴200 옴체배 회로만능기판상에 그림7의 회로를 결선하고 함수발생기로 교류를 인가하여 각 커패시터 양단의 전압을 측정한다. 결선시 커패시터의 극성이 뒤바뀌지 않도록 주의한다.최대 출력전압(Vp)캐패시터예측값측정값C1100VC2200V그림8과 같이 200옴의 부하저항을 인가하고 오실로스코프로 출력단 전압의 파형을 관측, 기 록한다. 인가한 교류전원(함수발생기의 출력)파형도 함께 관측하도록 한다. 그리고 테스터로 전압 을 측정, 기록한다.평균 출력전압측정 위치예측값측정값C175V부하단150V그림9의 회로를 결선하고 16항을 반복한다.최대 출력전압측정 위치예측값측정값C1200VC2100V

공학/기술| 2021.03.20| 25페이지| 1,500원| 조회(439)

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실험6 다이오드 특성실험 예비보고서 - 교류및전자회로실험

1. 개요다이오드는 반도체 소자 중 가장 기본적인 부품이다. 본 실험에서는 다이오드의 전압-전류특성을 실측을 통해 확인한다. 그리고 다이오드가 사용된 회로에서 부하선의 개 념을 이해하도록 한다. 측정과정에서 오실로스코프의 X-Y 모드 사용법을 속달하며 LED를 사용하여보고 회로 구성과정에서 간단한 납땜 연습을 행하도록 한다.2. 관련이론다이오드의 기본특성다이오드는 P형 반도체와 N형 반도체의 접합으로 이루어져 있는 소자로서 어느 한 방 향으로만 전류를 흘릴 수 있는 특성을 지니고 있다. 그림 1은 다이오드의 기호와 함께 수 A정도의 전류를 취급할 수 있는 크기의 다이오드의 외관과 단자명칭을 보여주고 있다. 전류는 아노드(anode)에서 캐소드(cathode) 방향으로만 흐를 수 있으며 캐소드 측에 가는 띠로 방향표시를 해 주고 있다.그림 2 는 다이오드 양단의 전압과 다이오드를 통하여 흐르는 전류간의 상관관계를 보여주고 있다. 다이오드에 역방향 전압이 걸리면 (v<0)거의 전류가 흐르지 않는 반면 에 (역방향 저지상태) 순방향 전압이 걸리면 전류가 흐르는 데에 거의 저항을 받지 않 는다.(순방향 도통 상태). 순방향으로 도통하고 있을 때 다이오드 양단에는 어느 정도 의 전압이 나타나는데 소 신호 다이오드의 경우는 그 값이 0.7v 정도가 되고 수 A 급 이상의 비교적 용량이 큰 다이오드는 1V 이상의 전압강하를 갖는다. 따라서 이 전압 에 전류를 곱한 만큼의 전력이 소비되어 다이오드 내부에 열로 발산된다. 전류가 커지 면 그만큼 열이 많이 발생하므로 다이오드가 견딜 수 있는 정도의 열을 발생하는 전 류의 한계가 있게 된다. 이것이 보통 다이오드의 전류 정격이 된다. 그리고 역방향으로 저지할 수 있는 전압에도 한계가 있는데 이 값이 다이오드의 전압정격이 된다.다이오드의 검사다이오드를 검사하는 데는 저항계만 있으면 충분하다. 만일 테스터를 가지고 검사하 는 데는 경우라면 테스터의 절환스위치를 저항의 낮은 범위 쪽으로 돌려놓고 양쪽방 향으로 저항을 측정하여 본다.

공학/기술| 2021.03.20| 17페이지| 1,500원| 조회(265)

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